促进风电消纳的太阳能-燃煤热电联产系统性能研究

冬季供暖期内,因热电冲突带来的供热机组调峰能力受限是中国"三北"地区出现大量弃风现象的主要原因.为促进新能源规模化消纳,以锡林浩特600 MW太阳能-燃煤热电联产系统为研究对象,建立了太阳能集热场、热电联产机组等关键设备数学模型,在实际气象条件及负荷需求下,研究太阳能-燃煤热电联产系统与100 MW风电场的多能协同运行...     

热电联产机组增设储热水罐容量配置研究

热电联产机组通过增设储热水罐可以实现热电解耦运行方式,大幅提升供暖季机组运行灵活性,提高新能源消纳能力。以2台机组分别为低压缸零出力供热和打孔抽汽供热项目为例,首先,对热网负荷变化时双机优化运行方式进行研究,发现机组热负荷率最低工况并非辅助服务收益最大工况;其次,对系统增设储热水罐时的最大容量选型依据、系统调峰能力改善特性进行研究,得到储水罐最大容量及调峰能力随热网负荷的变化规律;再次,研究了结构参数对储热水罐选型的影响,得到了储热罐个数与容量的推荐关系;最后,在给定热网负荷时进行储水罐容量的选型分析。结果表明,以中寒期最高热负荷作为选型上限依据较为合理,并且储热容量较小时投资收益比相对较高。     

供热机组的热力与运行特性探讨

针对我国北方地区陆续投产的一批大容量供热机组的情况,从供热机组的类型;热、电负荷调节特性;供热机组容量匹配原则和供热参数优化选择,供热机组调峰特性以及运行经济性调整方式等方面进行了探讨。指出在有条件的区域应采用热电联产集中供热方式;在满足热负荷、运行经济性以及保证热网稳定可靠运行的同时,应优化配置机组容量;新建的供热机组应尽可能采用背压机,减少供热附加产生的发电容量,为电网配置大型高效凝汽式发电机组留出容量空间,同时为电网调峰运行提供有利条件。     

“三北”地区电网有偿调峰服务费用计算

针对“三北”地区电网热电机组比重大、纯凝机组等非供热机组承担系统调峰的问题,提出有偿调峰服务费用的计算方法。在对纯凝机组和热电机组分别建模基础上,构建一种电负荷由全网机组平衡、热负荷由各热电厂就地平衡的优化调度模型。通过求解热电机组按纯凝发电和热电联产两种方式运行时系统各机组的出力,分别确定纯凝机组、风电机组以及水电机组的深度调峰容量,并将非供热机组深度调峰区间内销售电量所得利润之差定为有偿调峰费用。算例分析证明了该有偿调峰费用计算方法的合理性。     

计及含储热光热电站与电锅炉联合运行的供热期弃风消纳策略

为解决西北地区冬季供热期热电联产机组以热定电运行模式下系统风电消纳能力不足的问题,提出了计及含储热光热电站与电锅炉联合运行的供热期弃风消纳策略。该策略通过考虑电锅炉与光热电站联合运行,在利用光热电站的储热系统实现热能的存储与时移利用的同时,由光热电站与电锅炉、热电联产机组一同提供系统热负荷,以此提高热电联产机组的调峰能力,进而促进系统风电消纳。基于IEEE-30节点系统以及甘肃河西电网的算例仿真对所提策略进行来的验证,结果表明:所提弃风消纳策略能够在促进系统风电消纳的同时,提高光热电站对太阳能热的利用率,并降低系统总成本。研究结果可为西北地区冬季供热期热电联合调度提供参考。     

热电联产参与电网调峰补偿定价与利益分配方法

合理的调峰补偿可以有效激励热电联产机组参与电网调峰、促进风电消纳。该文对热电联产机组的调峰补偿问题进行研究,通过优化有偿调峰补偿价格和热力系统内调峰收益分配策略,激励热电联产机组充分利用热力系统的储热装置和辅助热源提升电力系统调峰灵活性。首先,考虑热力系统的详细运行模型与热电联产机组时序调峰能力的供热耦合特性,建立热电联产调峰补偿优化定价模型,并提出有效求解算法;然后,分析热力系统中各热源和储热装置对热电联产调峰能力的贡献,基于Shapley值方法,提出热力系统内部调峰收益分配策略。最后,通过仿真验证方法的有效性,并分析优化调峰补偿价格和调峰收益分配策略随供热、风电场景的变化规律。     

热电联产机组在深度调峰模式下的负荷智能分配

本文提出一种新的不同供热负荷、发电负荷下的供热煤耗率和发电煤耗率的计算方法,并据此拟合出不同供热负荷下,随发电负荷变化的供热煤耗率曲线、供电煤耗率曲线以及最大发电功率和最小发电功率,利用拉格朗日插值法得到机组在可行域内随发电负荷和供热负荷变化的供热、发电煤耗率曲面。然后结合当地的深度调峰政策、燃料成本和热电售价等,准确计算出热电联产机组的实时成本和利润。最后基于自适应遗传算法找出在给定供热负荷的条件下使得2台机组总利润最大的发电负荷分配方式。本文方法既能给出热电联产企业实时成本和利润,又能给出机组当前调峰时期较优的负荷分配方式,从而指导运行决策人员做出更合理的运行策略。     

配置储热罐后热电联产机组运行优化

储热罐作为一种蓄能技术可在一定程度上实现热电联产机组热电解耦,提高热电联产机组深度调峰能力。针对目前热电联产机组配置储热罐后的运行优化问题,本文采用Ebsilon软件搭建热电联产机组运行优化分析模型,对某电厂亚临界2×330 MW热电联产机组配置储热罐后运行方式及优化效果进行分析计算。结果表明,配置储热罐后,在单台机组对外供热负荷250 MW时,调峰容量最小提高了额定容量的15.2%,最大提高了额定容量的24.2%。同时,为提高热电联产机组的运行经济性,建议在热电负荷一定时,采取电负荷平均分配、热负荷不均匀分配的运行方式。在此基础上,当该电厂3、4号机组热电负荷处于供需平衡时,运行优化后机组总体热耗率可降低76.1 kJ/(kW·h);当热电负荷处于供需不平衡时,运行优化后机组总体热耗率可降低12.9 kJ/(kW·h);整个采暖季总节煤量为1 618.2 t,总经济收益为129.5万元。该研究结果可为热电联产机组配置储热罐后的安全经济运行提供指导。     

基于热能深度梯级利用的耦合供热变工况研究

为了实现燃煤机组节能减碳,提出了基于热能深度梯级利用的热电联产机组耦合供热系统,建立了基于热分析法的热电联产机组供电和供热能耗评价模型,基于热力系统集成优化软件(thermal power integration scheme, TPIS)仿真计算了热电联产机组耦合供热系统的能耗,研究了耦合供热系统的变工况运行能耗,结果表明:不同耦合供热方式变工况运行可实现供水温度范围为44～90℃,热指数随着机组负荷升降呈现不同的变化趋势,不同耦合供热方式的机组热效率均随着600 MW亚临界湿冷机组的负荷增加而降低,均随着660 MW超临界空冷机组的负荷增加而增加,机组热效率为63%～80%。研究成果可为热电联产机组变工况运行优化和节能减碳提供技术支撑。     

基于热能深度梯级利用的耦合供热变工况研究

为了实现燃煤机组节能减碳,提出了基于热能深度梯级利用的热电联产机组耦合供热系统,建立了基于热分析法的热电联产机组供电和供热能耗评价模型,基于热力系统集成优化软件（thermal power integration scheme, TPIS）仿真计算了热电联产机组耦合供热系统的能耗,研究了耦合供热系统的变工况运行能耗,结果表明：不同耦合供热方式变工况运行可实现供水温度范围为44~90℃,热指数随着机组负荷升降呈现不同的变化趋势,不同耦合供热方式的机组热效率均随着600 MW亚临界湿冷机组的负荷增加而降低,均随着660 MW超临界空冷机组的负荷增加而增加,机组热效率为63%~80%。研究成果可为热电联产机组变工况运行优化和节能减碳提供技术支撑。     

300 MW级热电联产机组调峰能力研究

北方采暖地区风电和热电联产联合运行矛盾凸显,为指导充分挖掘现有热电联产机组的调峰能力,增强电网调峰能力,为促进风电消纳提供支撑,通过组合运用简捷热平衡法、等效焓降法及弗留格尔公式,建立了大型热电联产机组调峰能力计算模型.运用计算模型研究了300 MW和350 MW热电联产机组在不同供热抽汽量、不同供热抽汽压力下的最大、最小发电功率,考虑全厂汽水损失对热电联产机组调峰能力的影响.计算结果为指导进一步挖掘北方采暖地区现有热电联产机组调峰能力,促进风电消纳提供了依据.     

考虑热电联产调峰主动性的电热协调调度

挖掘热电联产机组的调峰能力可以有效改善中国“三北”地区的弃风问题。调峰补偿机制是激励热电联产主动参与,电网调峰的有效手段。在考虑调峰补偿的前提下,对热电联产机组参与电网调峰进行研究。首先,计及热力系统复杂供热约束的影响,建立热电联产机组的可用调峰容量和调峰成本评价模型,可以反映热电联产调峰中的供热依赖特性和时序耦合特性。然后,基于热电联产调峰成本及调峰补偿机制,提出考虑机组调峰主动性的电热协调调度方法,相较于传统的垂直一体化电热协调调度,所提出的方法可以反映热电联产在经济手段激励下主动参与电网有偿调峰的意愿。最后,通过算例分析研究了热电联产机组的可用调峰容量和调峰成本的影响因素,并验证了所提出的调度方法在调峰补偿机制下的有效性。     

基于线性规划的太阳能辅助热电联供机组运行优化研究

引入太阳能分担热电联供机组热负荷,是提升机组调峰能力及可再生能源消纳的有效措施。本文基于线性规划方法,以太阳能辅助热电联供机组运行收益最大为目标,建立了包含太阳能集热场、储热系统和热电联供机组在内的太阳能辅助热电联供机组运行优化模型,并采用GAMS软件和CPLEX求解器进行求解。以河北某330 MW热电联供机组为例,根据典型日和供热季逐时气象数据和负荷条件进行算例分析,得到太阳能辅助热电联供机组总运行收益和关键设备的逐时出力分配。结果表明:优化后的太阳能辅助热电联供机组能够满足用户负荷需求,且相较于独立燃煤热电联供机组在可再生能源消纳、节煤和经济性方面优势明显。     

青海电网供热机组最小运行方式核算方法分析

针对供热需求和电量平衡矛盾,分析青海省内热电联产供热机组运行方式、平衡和挖掘供热及调峰潜力,测算影响机组负荷的边界条件,对其最小运行方式核算办法进行测算,预测供暖期内机组运行方式,并研制开发了"供热机组在线监测系统",有效掌握供热机组热负荷与电负荷的关系。     

宽负荷工业供汽方案及其热经济性研究

深入研究热电联产机组在宽负荷运行条件下的供热抽汽能力及供热可靠性,并精确掌握电功率-热负荷-标准煤耗的关系特性,是电厂合理开发工业供汽市场并进行精细化管理的关键。本文以国内某亚临界330 MW热电联产机组为研究对象,分析机组在不同负荷区间下的供热抽汽能力及供热可靠性,利用基于EBSILON软件建立的评估模型,计算分析了不同运行工况下的电功率-热负荷-标准煤耗的关系特性。结果表明:基于中压联合汽阀参调的热再抽汽方案是提高热电联产机组宽负荷工业供汽可靠性的有效手段,可极大提升机组供热能力及供热可靠性;不同供汽流量条件下机组标准煤消耗量随发电功率呈线性增加且增加速率基本一致,而不同发电功率条件下机组标准煤消耗量随热再供汽量呈线性增加且增加速率基本一致。为实现热电联产电厂工业供汽盈利能力最大化,建议采用基于标准煤单价、上网电价、调峰补贴政策及机组安全控制等边界条件下的厂级工业供汽优化调度模式。     

热电联产机组联合电极锅炉深度调峰性能试验研究

在国内“双碳”目标和新能源占比不断增大的背景下,电网消纳新能源对火电机组深度调峰提出了新的要求。对传统热电联产机组深度调峰研究采用的方法多为建模分析或经济性研究,较少涉及电极锅炉联合热电联产机组实现深度调峰运行工况下的调峰性能研究。以某200 MW热电联产机组为例,建立以电极锅炉代替热电联产机组抽气供热的热电联产机组联合电极锅炉深度调峰系统,实现在上网功率极低的工况下仍能保证热负荷供应的热电解耦模式,提高机组调峰深度。研究了此系统实现深度调峰的机理,并试验验证其调峰响应速度性能。研究结果表明,电极锅炉具备良好的调节性能,能够较好地匹配热电联产机组深度调峰工况运行下对功率负荷响应速度的需求。     

吸收式热泵对热电联产机组调峰能力影响分析

吸收式热泵能有效改善热电联产机组的电热耦合现象,提高机组运行灵活性。根据吸收式热泵运行原理,建立了通用热电联产机组加装吸收式热泵前后的运行安全区模型。以某典型330 MW机组为例,绘制其运行安全区,分析了热泵制热系数对机组供热能力和运行安全区的影响,定量计算了机组调峰能力随供热抽汽流量及热泵制热系数的变化关系。分析和计算结果表明,机组的运行安全区及调峰能力经热泵改造后有明显增加,且随着热泵制热系数的提高而增大,这一特点在供热抽汽流量大时尤为明显。     

小型堆-生物质综合能源系统运行模式研究

核能供热的研究对我国城市集中供暖的发展具有重要意义。小型堆与生物质机组耦合的综合能源系统与单一核供热堆相比,在供热方面提升了负荷调节的灵活性以及堆的经济性,但随之带来多能耦合导致系统组合复杂、运行模式繁多等问题。为了让系统的运行模式在满足热负荷需求的同时兼顾经济性,针对生物质机组的抽凝和背压2种运行方式、低压缸的启停个数和小型堆的运行个数进行研究分析,得到该系统的6种典型运行模式及与之对应的热电负荷特性,并根据电负荷范围计算每种模式的调峰容量比。以热负荷调节范围和调峰容量比为依据,对这6种模式分别进行2次筛选,得到最佳运行模式。结果显示:在最佳模式下运行时,该综合能源系统既能为热网连续且稳定地供暖,还具备发电能力来为电网灵活发电,具有一定的经济效益。该系统运行模式的分配为多能耦合下的核能供热提供了理论依据。     

基于热电耦合的区域能源系统稳态功率分布计算的研究

由于热电联产机组具有热电耦合特性,热电联产机组电功率和热功率耦合性较强,机组调峰能力受热负荷影响较大,而电功率和热功率分布缺乏统一的计算分析方法,制约了通过控制机组热功率出力来提高机组调峰能力手段,通过建立主要电力设备、热力设备的稳态功率模型,掌握热电耦合的区域能源系统稳态功率分析计算方法,实现通过调节热负荷相关参数来提高热电机组调峰能力。     

太阳能塔式聚光集热系统与燃煤发电耦合设计

选取塔式水工质太阳能聚光集热系统,与常规火电机组锅炉给水和凝结水系统相耦合,替代高、低压加热器部分功能,构建太阳能光煤互补协同发电系统,该耦合方式是基于提效不增容的前提对系统进行优化设计及经济性分析,即减少汽水系统回热蒸汽量,降低主蒸汽流量,减少燃煤量,以提高机组运行效率,减少污染物排放,实现清洁能源综合利用的目的。该系统为其他光煤耦合系统负荷的选取以及系统设计提供了依据。